Somador Ripple Carry Explicado: Conceitos-Chave e Aplicações

Circuitos lógicos podem depender de um somador ripple carry para somar valores de n-bits juntos. Como resultado, esta implementação de circuito digital fornece funcionalidades úteis em muitas aplicações. No entanto, também exibe desempenho atrasado devido ao processo de cálculo lento. Isso tipicamente envolve esperar cada estágio de somador completo para propagar os bits para o próximo estágio de somador completo. Tal processo repete até atingir o fim, fornecendo os resultados.

Entender um somador ripple carry pode parecer um pouco confuso. Com isso em mente, reunimos este artigo para o ajudar a ganhar mais conhecimento sobre este assunto. Então vamos começar!

O que é Somador Ripple Carry?

Um somador ripple carry serve como um circuito digital que soma dois números binários de n-bits e fornece os resultados. A sua estrutura consiste em vários somadores completos, com cada um ligado em configuração em cascata. Desta forma, a saída de transporte de um somador completo liga à entrada do próximo somador completo.

Um diagrama de um somador ripple carry de 4 bits.

Fonte: Wikimedia Commons

Um somador completo representa um circuito lógico projetado para somar três entradas enquanto gera duas saídas. Mais especificamente, duas entradas servem como A e B, enquanto a terceira representa um bit de transporte de entrada. (C-IN) Entretanto, uma saída representa um bit de transporte de saída (C-OUT), e a outra representa um bit de soma (S). Em última análise, um circuito de somador completo pode ligar a oito entradas para formar um somador de byte de largura. Isto faz cascata um bit de transporte de um somador para o próximo. Juntar dois circuitos de meio-somador formará um somador completo.

Um diagrama lógico de somador completo

Fonte: Wikimedia Commons

Princípios de Funcionamento do Somador Ripple Carry

Cada transporte gera através de um estágio de somador completo, que então prosseguirá para o próximo somador completo via a sua entrada. Todo o processo avança até atingir o somador completo final. Como resultado, cada bit de saída de transporte propaga para o próximo estágio de somador completo. No geral, a operação mais crucial envolve somar cada sequência de bit de entrada junto, como somador de 4-bit, somador de 8-bit, somador de 16-bit, etc.

Devido aos atrasos de propagação da circuitaria lógica, os bits de soma e transporte de saída permanecem inválidos até o estágio de transporte de entrada transpirar. Atrasos de propagação geralmente ocorrem devido à quantidade de tempo passada entre a entrada e a saída. Por exemplo, quando uma entrada de porta NOT define para 0, a saída configurará para 1, etc. Atraso de propagação define quanto tempo passou entre a saída definir para zero e entrada configurar para um. Também, o atraso de propagação de transporte define quanto tempo passou entre receber o sinal de transporte de entrada e a implementação do sinal de transporte de saída.

Tabela de Verdade do Somador Ripple Carry

A tabela de verdade, como mostrada abaixo, determina cada valor de saída para todas as entradas num somador ripple carry.

Uma tabela de verdade de somador ripple carry.

Código VHDL e Verilog do Somador Ripple Carry

Para implementar um somador ripple carry, precisará do código VHDL e Verilog. São fornecidos dois exemplos. O primeiro envolve um somador ripple carry de dois bits. Entretanto, o outro exemplo produz um somador ripple carry que recolhe cada largura de entrada como parâmetro.

Aplicações do Somador Ripple Carry

Relógios contêm somadores ripple carry

• Realizar adições para dois valores de N-bit
• Processamento de sinal digital e microprocessadores
• Temporizadores
• Calculadoras
• Relógios
  

Vantagens e Desvantagens do Somador Ripple Carry

Vantagens

Um somador ripple-carry é barato.

Fonte: Wikimedia Commons

• Fornece resultados precisos através de adição de n-bit
• Processo de design e desenvolvimento simples
• Barato

Desvantagens

Atrasos causam inconveniente para a sua funcionalidade geral

• Permite apenas um somador completo funcionar de cada vez
• Atrasos de bit de transporte fazem com que corra lentamente

Somador Carry Look Ahead

Uma lógica carry look-ahead calcula os bits de transporte de entrada antes de atingir a soma, reduzindo efetivamente o atraso de tempo. Isto ocorre após gerar o sinal de transporte através de dois métodos. O primeiro envolve ambos os bits a e b igualando a um. Entretanto, a segunda abordagem envolve ou o transporte de entrada e a ou b bits igualando a um. Estes bits são implementados no estágio anterior, enquanto um transporte de entrada começa no início do somador.

Esquemático de somador carry look-ahead.

Fonte: Wikimedia Commons

Num somador ripple carry, cada somador completo processa o bit de transporte de entrada para o próximo somador antes de calcular a soma. Portanto, esse processo resulta num longo atraso.

 Resumo

No geral, um somador carry-ripple fornece a capacidade de somar dois números de n-bit juntos num circuito digital. Embora um processo lento, ainda tem aplicações úteis que essencialmente ajudam com processamento de sinal digital. Desta forma, um somador ripple carry propaga um bit de transporte de entrada para cada estágio de somador completo até atingir o somador completo final. Neste ponto, realizará então os cálculos necessários. No entanto, somadores carry-lookahead alcançam este cálculo mais rápido já que utiliza uma técnica diferente. Assim, reduzindo tempo de atraso.

Tem alguma dúvida sobre somadores ripple carry? Sinta-se à vontade para contactar-nos!